滚压加工工艺参数对粗糙度的影响分析

滚压加工工艺参数对粗糙度的影响分析

曾涛

泸州长江机械有限公司四川泸州646000

摘要：通过使用控制变量法对滚压加工工艺参数对滚压加工精度的影响进行分析，并从弹塑性的角度对加工机制进行分析，通过对比分析，发现过盈量对粗糙度的大小起着决定性作用。

关键词：滚压加工；工艺参数；粗糙度；影响分析

1滚压加工原理

滚压加工是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触，使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。大家经常看到铺设道路时，轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压加工原理也是如此，用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，是一种塑性加工。被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到Ry0.1-0.8μm，而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工，日益被以汽车产业为首的精密机械，化学，家电等产业广泛采用，发挥了很大的优势。

2滚压加工条件

2.1加工前表面

由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响。

如果加工前表面状态粗糙（凸起部分高，凹陷部分深），则不能将凸起部分完全添埋凹陷部分，造成加工表面粗糙。

另外，凸起部分的形状也影响加工后的表面。由车床或镗床单点切削得到的规则的凹凸形状，且为容易碾压的高度时，可得到最理想的表面。一般加工前的表面状况越好，加工后的表面状况越好，同时滚压头的磨耗也少。如果需要，可增加一道工序。

2.2加工前尺寸

由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工前后工件的直径将发生变化（内径将扩大，外径将减小）。为了能加工到尺寸公差范围内，应考虑这个变化量决定前工序的尺寸。直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压量有关，所以最初进行2～3次试加工后决定其尺寸。

2.3驱动机械

滚压头标准型号有莫尔斯锥形装卡部及平行装卡部。滚压加工与切削加工不同，不需大扭矩，小功率机床也可以使用，可安装在钻床、车床、六角车床、镗、钻孔器等设备上进行加工，勿需特殊设备。

3滚压加工工艺参数对粗糙度的影响分析

①对耐磨性的影响．表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响很大，但并不是粗糙度越小越耐磨．在一定工作条件下，摩擦副表面总是存在一个最佳的参数值，约为0.32～1.25,μm．

②对疲劳强度的影响．在交变载荷的作用下，工件表面的凹凸不平和缺陷容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，导致疲劳破坏．对于一些承受交变载荷的重要零件，如曲轴的曲拐与轴颈交界处，要进行光整加工，以减小其表面粗糙度，提高疲劳强度．

③对耐腐蚀性的影响．工件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质；凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈．因此，减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐腐蚀性能．

④对配合性质的影响．粗糙的配合表面，会在配合件磨损后增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度和刚度，影响运行的平稳性和可靠性．因此对有配合要求的表面，必须限定较小的表面粗糙度参数值．

此外，对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失等．可见，提高加工表面质量，对保证结构和零部件的使用性能、提高其使用寿命是至关重要的．

滚压辅助加工技术是伴随机械加工的发展而逐渐发展起来的新型加工技术，表面滚压加工方法是一种辅助表面改性方法，该方法具有弹性压力小、摩擦力小、表面粗糙度Ra值进一步降低、表面硬度显著提高以及表面耐磨性增加等优点，因而受到越来越多技术人员的关注和青睐．

对于一种新的加工技术，技术人员更关注材料通过该技术能得到的优良性能，而对于工艺参数的选择及其对加工质量的影响却少有涉及．表面滚压加工技术中，主轴转速、轴向进给、加工次数、静压力和润滑等加工参数的选择直接决定了最终的表面状态．

3提升表面光洁度的方法

主要分为两大种：增加相应的工艺和在原有的工艺上改进

增加相应的工艺：增加抛光、磨削、刮研、滚压等工序，不仅能提高光洁度还能提升精度；

豪克能技术，结合金属塑性流动性，区别于传统滚压的冷作硬化，能提升粗糙度2-3个等级，还有改善材料综合性能特点。利用金属在常温下冷塑性的特点，运用豪克能对金属表面进行复合能量的加工方式，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求，也可以形象的说类似熨衣服一样，将零件表面熨平；同时在零件表面产生理想的压应力，提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度和疲劳寿命。豪克能技术的增加并不会增加工序，会代替磨削。抛光等传统镜面加工工艺。

豪克能金属表面镜面加工，用普通刀具将工件尺寸加工到基本到位后，再用豪克能金属表面加工设备的豪克能刀具代替原普通刀具再加工一遍，即可使被加工工件表面光洁度提高3级以上（粗糙度Ra值轻松达到0.2以下）；且工件的表面显微硬度提高20%以上；并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蚀性，联合各方面压应力，恒久地提高金属表面硬度。

原有工艺上的改进：

合理选择切削速度。切削速度V是影响表面粗糙度的一个重要因素。加工塑性材料，如中、低碳钢时，较低的切削速度易产生鳞刺，中速易形成积屑瘤，这会增大粗糙度。避开这个速度区域，表面粗糙度值会减小。所以不断地创造条件以提高切削速度，一直是提高工艺水平的重要方向。

合理选择进给量。进给量的大小直接影响工件的表面粗糙度，一般情况下，进给量越小，表面粗糙度就越小，工件表面越光洁。

合理选择刀具几何参数。前角和后角。增大前角，能使材料被切削时挤压变形和摩擦减小，也使总切削抗力减小，利于排屑。当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；此外，还能减小后刀面与已加工表面和过渡表面的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。增大刀尖圆弧半径r，可使其表面粗糙度值减小；减少刀具的副偏角Kr，也可使其表面粗糙度值减小。

选择合适的刀具材料。应选择导热性能好的刀具，以便及时传递切削热，降低切削区塑形变形。此外，刀具应具有良好的化学性能，防止刀具与被加工材料产生亲和作用，亲和力过大时，极易产生积屑瘤和鳞刺，造成表面粗糙度过大。如在其表层涂硬质合金或陶瓷材料，切削时时，刀面上形成氧化保护膜，它能降低与加工表面间的摩擦系数，故有利于提高表面光洁度。

选择合适的切削液。正确选用切削液能显著地减小表面粗糙度。切削液具有冷却、润滑、排屑与清洗作用。可以减小工件、刀具和切屑之间的摩擦，带走大量的切削热，降低切削区温度，及时排掉细小切屑

结论：通过滚压加工的工件，在特殊的要求之下，对于工件材料的性能以及加工质量提出了严格要求。因此在实践过程中需要加强对数据的收集，提高质量，同时还需要对不同工件的规律进行研究，以便推广。

参考文献：

[1]王婷,王东坡,沈煜超声表面滚压加工参数对40cr表面粗糙度的影响[J].天津大学学报：自然科学与工程技术版,2013,42(2):168-172.

[2]王婷.超声表面滚压加工改善40Cr钢综合性能研究[D].天津大学,2012.

[3]王弘.超声疲劳试验方法在40Cr钢疲劳性能研究中的应用[J].机械工程材料,2003,27(12):29-31.